古城煤礦綜采工作面輔運(yùn)巷快速硬化技術(shù)

荊宏臻,王 強(qiáng),楊晉波,黃 溥

(潞安集團(tuán)古城煤礦，山西 長(zhǎng)治 046108)

古城煤礦井田地處沁水煤田潞安礦區(qū)南部，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力800萬(wàn)t/a，開(kāi)采深度為-500～-100 m標(biāo)高，主采3號(hào)煤層，煤層厚度6.1～6.5 m，為高瓦斯礦井。礦井開(kāi)拓方式采用斜立混合分區(qū)布置，采用綜合機(jī)械化放頂煤開(kāi)采方法進(jìn)行回采；井下輔助運(yùn)輸為無(wú)軌系統(tǒng)，地面及井底車場(chǎng)為有軌、無(wú)軌運(yùn)輸并存。

綜采工作面輔助運(yùn)輸巷為煤底巷道，為了保證無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸條件，采用混凝土澆筑對(duì)路面進(jìn)行硬化，硬化厚度為200 mm，以滿足輔運(yùn)巷在掘進(jìn)、安裝、回采、回撤期間的運(yùn)輸要求。但混凝土硬化路面方式存在以下問(wèn)題：①施工工期長(zhǎng)，影響銜接進(jìn)度；②硬化厚度為200 mm，工程量大，成本高；③混凝土屬于剛度較大的脆性材料，巷道底鼓變形對(duì)路面破壞嚴(yán)重，復(fù)修困難，工程量大；④破損的混凝土塊處理需增加運(yùn)輸和排矸費(fèi)用。因此需提出一種適應(yīng)綜采工作面輔運(yùn)巷底鼓的底板硬化方式，既能縮短施工工期，又能減少?gòu)?fù)修工程量，同時(shí)降低施工成本。

1 巷道底鼓原理及控制技術(shù)

巷道礦壓顯現(xiàn)的一個(gè)主要特點(diǎn)是底鼓，出于對(duì)巷道整體的穩(wěn)定性以及安全性考慮，許多專家學(xué)者對(duì)巷道底鼓機(jī)理做了大量的研究，通過(guò)對(duì)巷道底板破壞的各種影響因素分析，以及破壞的形式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，將巷道底鼓大致分為：撓曲褶皺性底鼓、擠壓流動(dòng)性底鼓、剪切錯(cuò)動(dòng)性底鼓和遇水膨脹性底鼓[1-2]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)分析，古城煤礦輔運(yùn)巷表現(xiàn)為擠壓流動(dòng)性底鼓，如圖1所示。

圖1 輔運(yùn)巷底鼓力學(xué)模型

國(guó)內(nèi)外學(xué)者在研究控制巷道底鼓方面也取得了很多成果，并且成功實(shí)施了各種控制底鼓的技術(shù)，主要有以下6個(gè)類型[3]：①起底法；②加固法；③卸壓法；④聯(lián)合支護(hù)技術(shù)；⑤底鼓三控法；⑥超挖錨注回填法。結(jié)合古城煤礦輔運(yùn)巷實(shí)際情況，決定采用卸壓法治理巷道底鼓，在巷道底板中部，開(kāi)挖卸壓槽釋放巷道水平應(yīng)力，卸壓槽的尺寸為400 mm ×800 mm。

2 輔運(yùn)巷路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合輔助運(yùn)輸巷煤底巷道的特殊條件和現(xiàn)場(chǎng)施工條件，在分析和調(diào)研國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，形成輔運(yùn)巷路面結(jié)構(gòu)形式[4-8]，如圖2所示。

圖2 輔助運(yùn)輸巷路面結(jié)構(gòu)形式

圖2中輔運(yùn)巷路面結(jié)構(gòu)由三部分組成：碎石墊層、灰土基層、阻燃聚乙烯面層，具體設(shè)計(jì)如下：

路基：以巷道煤底為路基。

墊層： 由于巷道煤底凹凸不平，用5～10 mm的碎石鋪設(shè)一層找平層，厚度不超100 mm。

基層：在碎石墊層上，鋪設(shè)、夯實(shí)一層厚度為30 mm的“三七”灰土作為路面板的基層。三七灰土是按照灰土3∶7體積比拌合而成，強(qiáng)度隨時(shí)間緩慢增加，具有一定的水穩(wěn)定性和不滲水性(為原土的10～13倍)。

面層：采用高分子高強(qiáng)度阻燃聚乙烯(PE)路面板為面層，路面板力學(xué)性能如表1所示。結(jié)合古城膠輪車尺寸和運(yùn)輸重量，尺寸設(shè)計(jì)1.5 m×2 m，厚度30 mm，單塊重量8.8 kg。路面板上表面為防滑紋路；下表面為鋸齒防滑，防止路面板滑動(dòng)。板材本身具有可回彈性，在彎曲的情況下，放置一段時(shí)間即可恢復(fù)平整。路面板之間采用榫接結(jié)構(gòu)快速搭接，便于安裝和維護(hù)。

表1 阻燃聚乙烯路面板力學(xué)性能

3 輔運(yùn)巷底鼓巷道硬化施工技術(shù)

根據(jù)巷道底鼓控制措施和路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，形成輔運(yùn)巷路面快速硬化施工技術(shù)，如圖3所示。

圖3 輔運(yùn)巷路面快速硬化施工技術(shù)(mm)

3.1 路基處理

硬化路面前，清理巷道底板浮煤、雜物等，并進(jìn)行平整，低洼處設(shè)置排水點(diǎn)，防止巷道內(nèi)積水產(chǎn)生。在巷道中部，從路基表面向下開(kāi)挖400 mm×800 mm的卸壓槽，卸壓槽底部鋪墊厚度400～500 mm的碎石，上部放置2塊厚200 mm，寬300 mm的方木，方木上表面與路面水平。

3.2 鋪設(shè)碎石墊層找平

鋪設(shè)厚度不超過(guò)100 mm的5～10 mm碎石，并進(jìn)行壓實(shí)，保證一定的密實(shí)度和平整度。

3.3 鋪設(shè)灰土基層

用石灰和黏土，按照3∶7體積比制備灰土，在卸壓槽兩側(cè)鋪設(shè)寬度1.5 m，厚度30 mm的灰土基層，并用設(shè)備進(jìn)行壓實(shí)，保證平整度。鋪設(shè)灰土?xí)r，按 2°坡度鋪設(shè)，使沖巷水流入巷道兩側(cè)，防止流入卸壓槽。

3.4 路面板鋪設(shè)與安裝

在灰土基層上，鋪設(shè)阻燃聚乙烯路面板；路面板鋪設(shè)起止位置要打設(shè)地錨進(jìn)行固定，錨桿長(zhǎng)度1.5 m即可。路面板兩側(cè)用5～10 mm碎石鋪墊至與面板水平。

3.5 使用與維護(hù)

1) 隨著使用時(shí)間增加，車轍深度超過(guò)100 mm時(shí)，拆除路面板，用碎石墊平壓實(shí)后再重新鋪設(shè)。

2) 巷道底鼓造成卸壓槽擠壓變形嚴(yán)重時(shí)，拆除方木對(duì)卸壓槽進(jìn)行修整重新放置方木即可。

3) 隨著回采推進(jìn)，路面板、方木、碎石子回收復(fù)用。

3.6 經(jīng)濟(jì)效益分析

1) 直接經(jīng)濟(jì)效益。采用以上方法硬化路面，施工材料成本如表2所示。

表2 鋪設(shè)路面板材料成本

混凝土路面硬化200 mm厚，每米材料費(fèi)用300元，采用鋪設(shè)路面板快速硬化技術(shù)，可節(jié)約材料費(fèi)116元/m，并且工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，運(yùn)輸量少，每米可節(jié)約人工費(fèi)和運(yùn)輸費(fèi)45元。

2) 間接經(jīng)濟(jì)效益。輔運(yùn)巷采用鋪設(shè)路面板技術(shù)，后期不需要人工破碎混凝土，混凝土廢渣石也不需要上井排矸，節(jié)省了人工費(fèi)和排矸費(fèi)用，每米節(jié)約25元。

綜上所述，采用鋪設(shè)路面板快速硬化技術(shù)，直接經(jīng)濟(jì)效益161元/m，間接經(jīng)濟(jì)效益25元/m。

4 結(jié) 語(yǔ)

古城煤礦綜采工作面輔助運(yùn)輸巷鋪設(shè)阻燃聚乙烯路面板硬化技術(shù)，施工速度快，材料費(fèi)用少，并且路面板重復(fù)利用，同時(shí)大大減少了后期維護(hù)工程量和費(fèi)用，具有較大的推廣價(jià)值。